Gå til hovedinnhold

Strømmodeller

Strømmodell for Norge

Strømmodeller brukes til å beskrive de fysiske variablene som temperatur, saltholdighet, strøm og vannstand i rom og tid. Slike modeller er basert på grunnleggende fysiske lover for bl.a. bevaring av masse, bevegelse og energi, kalt de primitive likningene.

De likningene som framkommer er på ingen måte primitive og kan ikke løses analytisk. Derfor brukes numeriske metoder som løser forenklede versjoner av likningene på et beregningsgitter (rutenett). Beregningene er svært omfattende og krever tilgang til kraftige datamaskiner. Andre navn for strømmodeller kan være sirkulasjonsmodeller, hydrodynamiske modeller eller havmodeller.

En modellkjøring trenger en startbeskrivelse av de fysiske variablene. Med dette som utgangspunkt regner modellen seg fram i tid, styrt av ytre drivkrefter. Disse drivkreftene er i hovedsak vind og varmeutveksling med atmosfæren sammen med nedbør og fordampning, ferskvannsavrenning fra land samt forholdene på de åpne grensene til modellområdet. De atmosfæriske drivkreftene tas oftest fra resultater fra en atmosfærisk sirkulasjonsmodell (værvarslingsmodell), ferskvannsavrenning fra observerte data eller en hydrologisk modell og grensebetingelsene fra en strømmodellkjøring på et større område.

Kvaliteten på modellresultatene kan variere, og kvaliteten på drivkrefter og grenseverdier samt oppløsningen til rutenettet er viktige faktorer for å produsere gode resultater. Drivkreftene og grenseverdiene må være fullstendige (inkludere de viktigste drivkreftene som vind, tidevann, elveavrenning og indre trykkrefter) og ha tilstrekkelig oppløsning i rom og tid som passer sammen med modellens oppløsning. Et for grovt rutenett i modellen får ikke med seg finere topografiske detaljer og mellomskalabevegelse med fronter og virvler, noe som er spesielt viktig i kyst- og fjordområder. En begrensning er at et finere rutenett med høyere oppløsning krever mer regnetid på den datamaskinen som skal brukes. Modellresultatene påvirkes også av valg av numeriske metoder, bl.a. finnes det ulike måter å definere både horisontalt og vertikalt rutenett, samt ulike måter å definere turbulens og blandingsparametre.

Dagens modellsystemer er store og komplekse som programvare og har gjerne store internasjonale utviklings- og brukergrupper. De vanligste modellene som benyttes er:

Når man diskuterer varianter og ulike prosedyrer innen strømmodellering, så er dette først et valg av modell og deretter mulige oppsett av den valgte modellen. De ulike modellene har styrker og svakheter som enten er forklart på forhånd eller som dukker opp i forbindelse med tilpasningene man utfører ved modellering av aktuelle farvann. Tilpasninger av modellsystemer kan utføres både ved modifisering av kildekoden eller ved endringer/forbedringer av bunndyp, drivkrefter eller selve modelloppsettet, og hvert inngrep kan ha svært ulikt omfang i forhold til hva som forbedres.

Havforskningsinstituttet har høyt kompetente forskere innen nedskalert klimaforskning og høyoppløselig hydrodynamisk modellering av hav, kyst og fjorder, med spesiell ekspertise på ROMS og NEMO. NEMO brukes hovedsakelig for storskala simuleringer på Nord-Atlanteren, Norskehavet og Arktis, mens ROMS fungerer veldig godt for høyoppløste kyst- og fjordområder samt at den også kan brukes for større havområder. Ambisjonen til Forskningsgruppen for Oseanografi og klima ved Havforskningsinstituttet er å være ledende innen havmodellering både nasjonalt og internasjonalt, og til enhver tid benytte de dokumentert beste modelleringsmetodene for strøm, hydrografi og sjøis. Et annet viktig aspekt med havmodellering er å supplere modelldata med relevante feltmålinger av strøm og hydrografi for å sikre en helhetlig informasjonstilgang samt alltid ha gode muligheter for validering og evaluering av modellresultatene.

Strømmodell for Norge
Modellert strøm i overflaten fra modellsystemet NorKyst800, midlet over hele perioden fra 2005-17. Fargene angir strømstyrke der gule og røde farger indikerer kraftigere strøm. Pilene angir strømretning der lengden på pilene er skalert i forhold til strømstyrke.

Figuren viser langtidsmidlet overflatestrøm fra en havmodellkjøring utført av Havforskningsinstituttet med modellsystemet NorKyst800. Modellområdet dekker hele Norskekysten med et rutenett som gir en horisontal oppløsning på 800m x 800m og minst 35 vertikale beregningsnivåer. Modellen er i dette eksempelet drevet med atmosfæriske drivkrefter med høy oppløsning (3km) fra atmosfæremodellen WRF (Weather Research and Forecasting Model) samt at senere del av simuleringen bruker data fra værvarslingsmodellen til Meteorologisk institutt (AROME 2.5 km, Applications of Research to Operations at Mesoscale - Meteorological Cooperation on Operational Numerical Weather Prediction). På de ytre grensene er det benyttet verdier fra en 4km havmodell som også er kjørt på Meteorologisk institutt samt at ferskvannsavrenning er hentet fra NVE (Noregs vassdrags- og energidirektorat), enten fra hydrologimodellen HBV eller totalavrenningsdata fra alle vassdrag. Med den høye horisontale oppløsningen er Norkyst800 i stand til å gi en svært realistisk gjengivelse av strømmer og hydrografi i kystnære områder. Hovedtrekkene i strømfeltet viser en kyststrøm som følger sokkelskråningen, mens strømkart for kortere tidsperioder (timer og dager) også vil vise en betydelig virveldannelse.

Kystmodellen NorKyst800 er en hydrodynamisk modell som simulerer strøm, saltholdighet, temperatur og vannstand for hele norskekysten. Kunnskap om miljøforholdene langs kysten er viktig for å kunne vurdere effekter av f.eks. oljeutslipp og beregne bæreevnen for akvakultur.

Norge har mange utfordringer i kystsonen som krever detaljert kunnskap om miljøforhold som strøm, saltholdighet og temperatur. Kystmodellen gir oss nødvendige detaljer i strøm og miljøvariabler inn mot kysten og i større fjordområder for fortiden, nåtiden og framtiden. Kystmodellen kan også benyttes til å kvantifisere konsekvensene av forvaltningstiltak knyttet til for eksempel vannkraftutbygging eller effekter av næringsutvikling knyttet til overgjødsling eller smittespredning.

NorKyst800 vedlikeholdes og utvikles av Havforskningsinstituttet og Meteorologisk institutt. Meteorologisk institutt lager daglige 66-timers prognoser med modellsystemet, og disse er tilgjengelige fra deres https://thredds.met.no sammen med f.eks. data fra værvarslingsmodellen. Både Havforskningsinstituttet og Meteorologisk institutt har et felles mål om å forbedre modellsystemet NorKyst800 både med anvendelse av 4D-Var data-assimilasjon, ensemble-varsling og med toveis-nestede fjordapplikasjoner som har enda bedre romlig oppløsning.

Beredskap

Dersom det skulle skje en ulykke langs norskekysten, vil NorKyst800 gi oss den beste informasjonen om miljøforholdene akkurat der ulykken inntraff. Disse resultatene kan for eksempel brukes til å beskrive spredning av oljeforurensning eller drivende gjenstander (båter, personer, bøyer e.a.) på en realistisk måte nær kysten og innover i (de største) fjordene. Også spredningen av skadelige alger og lakselus i forhold til oppdrettsanlegg vil kunne beskrives på en realistisk måte.

Informasjon om miljøforhold på regional skala er også viktig for å kvantifisere bæreevne for akvakultur. Det samme er tilfellet for flere typer naturtypekartlegging og for vurderinger knyttet til vanndirektivet.